Durante el proceso de humectación de una superficie sólida (o líquida) con un líquido puede producirse una transición de humectación (transición de Cassie-Wenzel). La transición corresponde a un determinado cambio en el ángulo de contacto , el parámetro macroscópico que caracteriza la humectación. [1] Pueden coexistir varios ángulos de contacto en el mismo sustrato sólido. Las transiciones de humectación pueden producirse de forma diferente según si la superficie es plana o rugosa.
Cuando se coloca una gota de líquido sobre una superficie plana, pueden producirse dos situaciones. Si el ángulo de contacto es cero, la situación se denomina humectación completa. Si el ángulo de contacto está entre 0 y 180°, la situación se denomina humectación parcial. Una transición de humectación es una transición de fase de la superficie desde la humectación parcial a la humectación completa. [2]
La situación en superficies rugosas es mucho más complicada. La característica principal de las propiedades humectantes de las superficies rugosas es el llamado ángulo de contacto aparente (APCA). Es bien sabido que los APCA medidos habitualmente son diferentes de los predichos por la ecuación de Young . Se propusieron dos hipótesis principales para explicar esta discrepancia, a saber, los modelos de humectación de Wenzel y Cassie . [3] [4] [5] Según el modelo tradicional de Cassie, el aire puede quedar atrapado debajo de la gota, formando "bolsas de aire". Por lo tanto, la hidrofobicidad de la superficie se refuerza porque la gota se asienta parcialmente sobre el aire. Por otro lado, según el modelo de Wenzel, la rugosidad aumenta el área de una superficie sólida, lo que también modifica geométricamente las propiedades humectantes de esta superficie. [1] [3] [4] [5] La transición del régimen de Cassie al de Wenzel también se llama transición humectante. [6] [7] [8] Bajo ciertos estímulos externos, como la presión o la vibración, el estado humectante de atrapamiento de aire de Cassie podría convertirse en el estado de Wenzel. [6] [9] [10] [11] Además de los estímulos externos, se sabe que el ángulo de contacto intrínseco del líquido (por debajo o por encima de 90 grados), la volatilidad del líquido, la estructura de las cavidades (reentrantes o no reentrantes, conectadas o no conectadas) son factores importantes que determinan la tasa de transición de humectación. [12] Es bien aceptado que el régimen de humectación por atrapamiento de aire de Cassie corresponde a un estado energético más alto, y la transición Cassie-Wenzel es irreversible. [13] Sin embargo, el mecanismo de la transición sigue sin estar claro. Se sugirió que la transición Cassie-Wenzel ocurre a través de un mecanismo de nucleación que comienza desde el centro de la gota. [14] Por otro lado, experimentos recientes mostraron que es más probable que la transición Cassie-Wenzel se deba al desplazamiento de una línea triple bajo un estímulo externo. [9] [10] [11] También debe considerarse la existencia del llamado estado de humectación Cassie de impregnación. [11] Comprender las transiciones de humectación es de importancia primordial para el diseño de superficies superhidrofóbicas . [15] [16]